海洋工程無損檢測方法和特點分析

杜加輝　宋青武

【摘 要】在能源需求日益高漲的今天，各國都加大海洋油氣資源的開發(fā)力度，對海洋工程裝備制造的需求也相應(yīng)地大幅增加，而對焊接的無損檢測技術(shù)在海洋工程裝備制造中具有舉足輕重的重要地位，是確保海洋工程裝備正常投用和安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文主要介紹海洋工程裝備制造中主要焊接缺陷的分類以及幾種主要的無損檢測技術(shù)的特點和應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】海洋工程；無損檢測；特點

前言：

在海洋工程裝備的制造的過程中，由于質(zhì)量控制的需要，必須對材料、工件或結(jié)構(gòu)物進(jìn)行各種檢測，以判定其是否符合要求，而檢測所采取的方法必須是對被檢物體沒有損害的，這些方法就統(tǒng)稱為無損檢測。近年來，隨著科技水平的發(fā)展提高，無損檢測的方法和手段也都有了很大的發(fā)展，目前，在海洋工程領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的檢測方法主要有射線檢測、超聲波檢測、滲透檢測、磁粉檢測等。

一、海洋工程無損檢測的定義和目的

海洋工程無損檢測的定義：在不破壞試件的前提下，借助于現(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備器材，對試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和狀態(tài)及缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進(jìn)行檢查和測試的方法。

海洋工程無損檢測的目的：保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障產(chǎn)品使用安全、降低生產(chǎn)制造過程的成本。

在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面--由于海洋工程所涉及的結(jié)構(gòu)物往往體量龐大，價格昂貴，對產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，而運用無損檢測技術(shù)，可以探測到工件表面以下隱藏的缺陷，給產(chǎn)品質(zhì)量提供有力的保證。

在保障產(chǎn)品使用安全方面--運用無損檢測技術(shù)，對制造過程中的產(chǎn)品以及在役設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)行定期檢查，可以及時發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷，采取措施避免事故發(fā)生，從而保障了生產(chǎn)和使用的安全。

在降低制造成本方面--在海洋工程裝備制造的某些中間過程可以利用無損檢測及早發(fā)現(xiàn)缺陷和返修，避免全部工序完成后才發(fā)現(xiàn)缺陷再從頭返工而造成的材料和工時浪費，從而降低總的制造成本。

二、海洋工程無損檢測方法的分類和應(yīng)用

1.）射線檢測

這種技術(shù)是通過設(shè)備操作以X射線或伽馬射線穿透被檢試件，以試件后方膠片記錄射線通過試件之后變化情況的無損檢測方法，該方法是應(yīng)用最廣泛也是最基本的一種無損檢驗方法。其原理：對被檢試件發(fā)射X射線或者伽馬射線，透過材料時被吸收部分輻射能量后，X射線或伽馬射線的強(qiáng)度就會發(fā)生衰減，衰減分布情況不同的射線照射到膠片上，經(jīng)顯影后材料內(nèi)部是否存在缺陷等情況就可以顯示在膠片上，包括缺陷大小、形狀、數(shù)量等特征，以此判斷該缺陷的性質(zhì)和危害。射線檢測的特點是定性準(zhǔn)確度高，有膠片可供長期保存，檢測總體成本也相對較高，其射線對人體健康有害，檢驗操作周期較長。目前，射線檢測技術(shù)方法在海洋工程中主要應(yīng)用于檢測焊縫內(nèi)部的缺陷，特別是對于焊接技術(shù)要求較高的產(chǎn)品。

2.）超聲波檢測

超聲波檢測的原理是利用超聲波在試件內(nèi)部傳播時與試件的相互作用產(chǎn)生反射、透射和散射。具體做法是，通過聲源產(chǎn)生超聲波，操作探頭使超聲波通過特定角度或方式進(jìn)入被檢測試件，超聲波在試件內(nèi)部傳播過程中必然會與試件材料發(fā)生相互作用，如果試件內(nèi)部存在缺陷，就會使超聲波的傳播特性和方向發(fā)生變化，在檢測設(shè)備接收到回波后，可以對回波進(jìn)行處理和分析，以此對試件的內(nèi)部情況做出合理的判斷，得出試件是否存在缺陷的結(jié)論并給出相應(yīng)的缺陷特征等信息。超聲波的穿透能力強(qiáng)，可以應(yīng)用于金屬、非金屬以及復(fù)合材料等多種材料的無損檢測。在缺陷的定位方面，超聲波檢測的方法較為準(zhǔn)確，特別是針對面積性的缺陷，超聲波檢測的檢出率較高，而對于小尺寸的試件的內(nèi)部缺陷，超聲波檢測的靈敏度同樣很高。超聲波檢測在經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保型具備優(yōu)勢，檢測過程方便快捷。

3.）磁粉檢測

磁粉檢測的原理主要是對磁場的工程應(yīng)用，如果被測試件的內(nèi)部存在缺陷，就會導(dǎo)致材質(zhì)產(chǎn)生不連續(xù)性，這種不連續(xù)性會導(dǎo)致穿過材質(zhì)的磁力線發(fā)生變化，而磁粉檢測正是通過監(jiān)測這種變化而實現(xiàn)對于試件的檢驗。在磁粉檢測過程中，首先必須對工件或試件進(jìn)行磁化，而這些工件和試件必須是鐵磁性的，然后在試件表面施放磁粉，在試件內(nèi)部存有缺陷的情況下，材質(zhì)的不連續(xù)會使試件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部改變，施放在試件表面的磁粉能夠明確反映出磁力線也即磁場的分布情況，通過這種分布情況即可判定缺陷的位置大小和形狀。

4.）滲透檢測

滲透檢測的原理主要對毛細(xì)現(xiàn)象的工程應(yīng)用。首先將著滲透液涂于試件表面，等待一段時間之后，如果在試件表面存在有裂縫等缺陷，毛細(xì)管效應(yīng)會使?jié)B透液慢慢地滲透入試件表面的開口缺陷中去。然后用清洗劑清除試件表面多余的滲透液，待干燥后再將顯像劑涂在試件的表面，試件缺陷處的滲透液同樣在毛細(xì)管作用下被顯像劑吸出，在試件表面形成可以辨別的顯示缺陷部位的顏色痕跡，從而達(dá)到直觀地判斷缺陷的形態(tài)及分布情況的效果。滲透檢測只適用于對表面開口型缺陷進(jìn)行檢測，不適用于疏松材料和多孔性試件以及不光滑表面的試件。通過滲透檢測體現(xiàn)的只是缺陷的表面分布情況，對于表面以下的缺陷情況如深度和大小等信息則無法給出具體評價。

三、海洋工程無損檢測目標(biāo)缺陷的分類

作為無損檢測的探測目標(biāo)，在海洋工程裝備制造過程中的材料或焊接接頭中可能出現(xiàn)的幾種主要缺陷分類如下：

裂紋：這是危害性最大的一種缺陷，因為裂紋是線性不連續(xù)的，而且它的端部非常尖銳，在有應(yīng)力的情況極易擴(kuò)展和延伸。按產(chǎn)生溫度可分為熱裂紋和冷裂紋，按方向可分為縱向裂紋、橫向裂紋。裂紋是在焊接熱應(yīng)力及其它因素共同作用下，在焊接接頭內(nèi)形成的局部區(qū)域的新界面和縫隙。裂紋除了導(dǎo)致接頭力學(xué)性能降低外，還極易在裂紋末端的尖口引起應(yīng)力集中，使裂紋向外延伸，導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)開裂。裂紋是不允許在焊縫中存在的。

氣孔：焊接冷凝時未能逸出而固化在焊接金屬中的氣泡或空洞。氣孔可分為分散氣孔，密集氣孔，線狀氣孔和管狀氣孔。由于它的外形接近球狀，不易延伸和擴(kuò)展，所以氣孔的危害相對最小。如果是氣孔處于焊縫壓力邊界，那么氣孔有可能造成介質(zhì)泄漏，所以不能完全忽視它的危害。

夾渣：焊接后殘留在焊縫中的熔渣，有點狀和條狀之分。產(chǎn)生原因是熔渣的流動速度落后于熔池中熔化金屬的凝固速度，當(dāng)熔化金屬冷卻凝固時，熔渣不能夠及時浮出熔池而形成的。它主要存于焊道之間和焊道與母材坡口之間。

未熔合：未熔合是一種焊接的不連續(xù)，表現(xiàn)為焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結(jié)合，即熔合度未達(dá)到規(guī)定范圍。由于未熔合呈線形并且末端相對尖銳，有導(dǎo)致擴(kuò)展的傾向，所以必須引起注意。未熔合存在于焊接部位的很多區(qū)域。未熔合的起因通常是由于焊工操作焊條不當(dāng)，另外某些焊接方法如GMAW相對更易產(chǎn)生未熔合缺陷，因為熱量不夠集中導(dǎo)致焊縫金屬未能充分熔化。

未焊透：未焊透主要是坡口焊縫中出現(xiàn)的缺陷，焊接時焊縫金屬沒有貫穿整個接頭的厚度，在根部出現(xiàn)未完全熔透的現(xiàn)象，表現(xiàn)為間隙或鈍邊未被熔化而留下間隙，或是母材金屬之間沒有熔化，焊縫熔敷金屬未能進(jìn)入根部而造成缺陷。產(chǎn)生原因為焊接方法不當(dāng)或接頭形狀不當(dāng)。不同規(guī)范對此要求不同，有的不允許任何未焊透出現(xiàn)，有的允許焊縫不需要全焊透。

結(jié)束語：

通過上述分析說明海洋工程的無損檢測應(yīng)用的是較為先進(jìn)的科學(xué)原理與探測檢驗技術(shù)，對于海洋工程中常見的各種類型缺陷，只要把這些檢測技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，在實際運用中就可以最大限度的覆蓋所有缺陷，取得顯著的探測效果，而無損檢測對于保證海洋工程質(zhì)量的重要意義也因此顯現(xiàn)出來。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷毅，丁剛，鮑華等.無損檢測技術(shù)問答.北京：中國石化出版社，2013：1.

[2]馮子蒙.超聲波無損檢測與評價的關(guān)鍵技術(shù)問題及其解決方案[J].煤礦機(jī)械，2009（9）.